Ve vakuu voda při nízké teplotě vře i mrzne zároveň

Tuhnutí vody na povrchu světů s extrémně nízkým atmosférickým tlakem je velmi složité, prokázal výzkum mezinárodního týmu vědců pod vedením Petra Brože z Geofyzikálního ústavu AV ČR. Voda tam totiž vře i za nízkých teplot, rychle se přitom odpařuje a o to rychleji mrzne. Ledovou krustu ale znovu a znovu narušují bubliny ze stále vroucí vody. Tento fenomén může pomoci k pochopení výlevného kryovulkanismu a také ho snadněji odhalit na povrchu těles ve Sluneční soustavě.

Chování vody na Zemi je dobře známé – za běžného tlaku při teplotě pod 0 °C mrzne a při teplotě nad 100 °C vře. Vědce zajímalo, co se s vodou stane na povrchu světů s extrémně nízkým atmosférickým tlakem nebo dokonce vakuem, jako jsou třeba ledové měsíce Europa nebo Enceladus. I když na nich zatím nebyla přímo pozorována kapalná voda, může se tam občas dostat, konkrétně během procesu známého jako výlevný kryovulkanismus – tedy situace, kdy z nitra těchto světů uniká voda či jiné těkavé látky.

Tým vedený Petrem Brožem z Geofyzikálního ústavu Akademie věd ČR během experimentů umístil několik litrů vody do speciální nízkotlakové komory na Open University ve Velké Británii, která na výzkumu spolupracovala. Jakmile se tlak v komoře snížil na úroveň podobnou vakuu, voda se při nízké teplotě vařila, prudce se odpařovala a mrzla současně.

„Zjistili jsme, že proces tuhnutí vody v prostředí s velmi nízkým tlakem je složitější, než se dosud předpokládalo,“ říká hlavní autor studie Petr Brož. „Za nízkého tlaku voda vře i při nízkých teplotách, protože není za daných podmínek v kapalném stavu stabilní. Její vypařování přitom způsobuje, že rychle chladne a následně mrzne. Ledová krusta, která se tvoří na její hladině, je ale opakovaně narušována bublinami vodní páry vznikající v důsledku jejího varu. Bubliny led nadzvedávají a lámou, čímž se celý proces mrznutí zpomaluje, komplikuje a výrazně prodlužuje,“ vysvětluje vědec.

Výsledky vědci popsali ve studii, která právě vyšla v časopise Earth and Planetary Science Letters.

Jak by se chovala voda na Marsu?

Tento fenomén může mít zásadní důsledky pro pochopení výlevného kryovulkanismu – jevu, během kterého se voda nebo jiné látky vylévají z podzemí na povrch jiných těles ve Sluneční soustavě – jako jsou Europa, Enceladus, Ceres nebo Pluto. Ale nejen tam. Podobné podmínky panují i na Marsu. A právě zde by mohla nová studie pomoci vysvětlit, jak by se chovala voda, pokud by se na povrchu planety v nedávné geologické minulosti ocitla.

„Vzniklá ledová vrstva je porézní, a tedy slabá. Celý proces vření, vypařování a mrznutí se tak může několikrát opakovat,“ doplňuje spoluautor studie Vojtěch Patočka z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy.

Vědci se domnívají, že jejich experimenty pomohou lépe rozpoznat známky i výlevného kryovulkanismu nejen na ledových měsících, ale také na dalších tělesech Sluneční soustavy. „Povrchové nerovnosti vznikající hromaděním vodní páry pod ledem by mohly být rozpoznatelné na radarových datech pořízených kosmickými sondami,“ dodává Vojtěch Patočka. Pozorování by mohlo pomoci tento geologický proces lépe pochopit a získané poznatky využít při plánování budoucích misí k těmto vzdáleným světům. Návštěva pozůstatků výlevných kryovulkanických erupcí by totiž dovolila lépe prozkoumat, co se pod povrchem těchto světů nachází, a tím odhalit, jaké tam panují podmínky.

Výzkum financovala Grantová agentura České republiky.

Více informací:

Mgr. Petr Brož, Ph.D.
hlavní autor studie
petr.broz@ig.cas.cz

RNDr. Vojtěch Patočka, Ph.D.
spoluautor
vojtech.patocka@matfyz.cuni.cz

Odkaz na studii:

Brož, P., Patočka, V., Butcher, F., Sylvest, M., Patel, M. (2025). The complexity of water freezing under reduced atmospheric pressure. Earth and Planetary Science Letters, 668, 119531. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119531.

Přečtěte si také

• Skrytá hrozba: parazité mohou ohrozit zdraví horských goril
• Letošní Biosmršť přinesla rekordní počet zaznamenaných druhů i unikátní nálezy
• Vědci zmapovali, kde je nejvíce houbových partnerů pro rostliny
• Jak překonat rezistenci nádorových buněk na terapii: vědci testovali nový systém
• Hodiny v mozku slouží jako senzor denního režimu
• Studie odhaluje citlivost starověkého germánského hospodářství na výkyvy klimatu
• Jak evropská jezera čelí klimatické změně?
• Zaměstnanci státu a státní úředníci: kde pracují a za kolik?
• Rozmanitost rostlin pomáhá ukládat uhlík do půdy – ale ne všude stejně
• Odolnost a (Ne)stabilita budou tématem konference Asociace pro paměťová studia